电路设计

信号量与管程

2019-07-14 12:39发布

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1.信号量： 1）信号量的定义： 每个信号量至少须记录两个信息：信号量的值和等待该信号量的进程队列。它的类型定义如下：（用类PASCAL语言表述）
semaphore = record
value: integer;
queue: ^PCB;
end;
其中PCB是进程控制块，是操作系统为每个进程建立的数据结构。
s.value>=0时，s.queue为空；
s.value<0时，s.value的绝对值为s.queue中等待进程的个数 2）P，V原语： 对一个信号量变量可以进行两种原语操作：p操作和v操作，定义如下： procedure p(var s:samephore);
{
s.value=s.value-1;
if (s.value<0) asleep(s.queue);
}
procedure v(var s:samephore);
{
s.value=s.value+1;
if (s.value<=0) wakeup(s.queue);
}

其中用到两个标准过程：
asleep(s.queue);执行此操作的进程的PCB进入s.queue尾部，进程变成等待状态
wakeup(s.queue);将s.queue头进程唤醒插入就绪队列
s.value初值为1时，可以用来实现进程的互斥。
p操作和v操作是不可中断的程序段，称为原语。如果将信号量看作共享变量，则pv操作为其临界区，多个进程不能同时执行，一般用硬件方法保证。一个信号量只能置一次初值，以后只能对之进行p操作或v操作。
由此也可以看到，信号量机制必须有公共内存，不能用于分布式操作系统，这是它最大的弱点 2.管程 信号量机制功能强大，但使用时对信号量的操作分散，而且难以控制，读写和维护都很困难。因此后来又提出了一种集中式同步进程——管程。其基本思想是将共享变量和对它们的操作集中在一个模块中，操作系统或并发程序就由这样的模块构成。这样模块之间联系清晰，便于维护和修改，易于保证正确性. 管程作为一个模块，它的类型定义如下：
monitor_name = MoNITOR;
共享变量说明;
define 本管程内部定义、外部可调用的函数名表;
use 本管程外部定义、内部可调用的函数名表;
内部定义的函数说明和函数体
{
共享变量初始化语句;
} 从语言的角度看，管程主要有以下特性：
（1）模块化。管程是一个基本程序单位，可以单独编译;
（2）抽象数据类型。管程是中不仅有数据，而且有对数据的操作;
（3）信息掩蔽。管程外可以调用管程内部定义的一些函数，但函数的具体实现外部不可见;
对于管程中定义的共享变量的所有操作都局限在管程中，外部只能通过调用管程的某些函数来间接访问这些变量。因此管程有很好的封装性。
为了保证共享变量的数据一致性，管程应互斥使用。 管程通常是用于管理资源的，因此管程中有进程等待队列和相应的等待和唤醒操作。在管程入口有一个等待队列，称为入口等待队列。当一个已进入管程的进程等待时，就释放管程的互斥使用权；当已进入管程的一个进程唤醒另一个进程时，两者必须有一个退出或停止使用管程。在管程内部，由于执行唤醒操作，可能存在多个等待进程（等待使用管程），称为紧急等待队列，它的优先级高于入口等待队列。
因此，一个进程进入管程之前要先申请，一般由管程提供一个enter过程；离开时释放使用权，如果紧急等待队列不空，则唤醒第一个等待者，一般也由管程提供外部过程leave。
管程内部有自己的等待机制。管程可以说明一种特殊的条件型变量：var c:condition；实际上是一个指针，指向一个等待该条件的PCB队列。对条件型变量可执行wait和signal操作：
wait(c):若紧急等待队列不空，唤醒第一个等待者，否则释放管程使用权。执行本操作的进程进入C队列尾部；
signal(c):若C队列为空，继续原进程，否则唤醒队列第一个等待者，自己进入紧急等待队列尾部。

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